角饋背腔縫隙雙極化天線特性分析.pdf

1、為了在2.4GHz頻段WLAN中實(shí)現(xiàn)具有方向性輻射的MIMO技術(shù)，采用背腔環(huán)形縫隙結(jié)構(gòu)輻射元，通過倒置正交微帶線激勵，設(shè)計(jì)具有一定方向性的正交雙極化天線結(jié)構(gòu)。為提高端口間的隔離度和輻射場的極化純度，在饋線正對的另一側(cè)共面加載尺寸完全一致的接地或不接地導(dǎo)體帶條。在此基礎(chǔ)上，采用角饋的方法以期進(jìn)一步改善天線的性能，并對各種可能天線形態(tài)進(jìn)行對比分析。具體內(nèi)容如下。
　　(1)對于邊饋情形（即饋線位置垂直平分矩形導(dǎo)體腔表面的直角邊），可以

2、發(fā)現(xiàn)，沒有加載導(dǎo)體條時，較佳隔離度對應(yīng)的頻帶要高于阻抗工作頻帶，且相隔距離較大。加載導(dǎo)體條但導(dǎo)體條沒有接地時，可使較佳隔離度頻帶下移并靠近阻抗工作頻帶，但其仍略高于工作頻帶。對加載導(dǎo)體條進(jìn)行接時，則可使較佳隔離度頻帶低于工作頻帶或使兩者頻帶完全一致，達(dá)到工作頻帶內(nèi)的最佳端口隔離特性。
　　加載導(dǎo)體條提高隔離特性的原因是，加載導(dǎo)體條后天線結(jié)構(gòu)的對稱性得到改善?；蛘哒f，加載導(dǎo)體條后使某一頻段內(nèi)對應(yīng)方向的極化電場更為集中，從而提高了其極

3、化純度。而導(dǎo)體條接地后可使隔離頻帶與工作頻帶更趨于一致，其原因是導(dǎo)體條接地等效于引入一個電感，即接地導(dǎo)體條可等效于一個串聯(lián)LC諧振電路，對另一個端口而言相當(dāng)于引入一個帶阻濾波器，電感L增大使濾波的諧振頻率下移。也可以說，兩端口間的隔離相當(dāng)一個周長為一個波長環(huán)形耦合器（實(shí)際環(huán)形耦合器周長為3/2波長）端口間的隔離，加載線只是增加了帶阻濾波功能，或者說引入了反相相消功能。
　　此種情形中對天線性能影響最大的結(jié)構(gòu)參數(shù)是饋電微帶線或加載導(dǎo)

4、體條越過縫隙的延伸部分，因其直接影響了阻抗匹配特性。同時，由于邊饋時饋線和導(dǎo)體條帶長度很小，天線性能對其非常敏感，因此對天線的加工精度要求很高，成品率很低。為此提出角饋結(jié)構(gòu)天線。
　　(2)角饋結(jié)構(gòu)是指微帶饋線處于導(dǎo)體腔矩形表面的對角線位置，與其正對的加載導(dǎo)體條也處于另側(cè)的對角線上。因?yàn)榇藭r頂角到縫隙的距離最大，故對應(yīng)的饋線長度也最大，從而可有效地減少饋電端口對天線性能的敏感影響。但此時如對加載導(dǎo)體條進(jìn)行接地處理，會出現(xiàn)較佳隔離頻

5、帶遠(yuǎn)低于阻抗工作頻帶（就趨勢而言是與邊饋情形一致的），因此角饋時不應(yīng)對加載導(dǎo)體帶進(jìn)行接地處理，其原因是角饋較長加載線本身具有較大電感值。加載不接地的角饋導(dǎo)體帶時，可實(shí)現(xiàn)較佳隔離頻帶與阻抗工作頻帶的正對，達(dá)到端口的良好隔離。同時還由于饋線的加長，降低了天線性能對端口饋線的敏感響應(yīng)。這種情形，同樣是饋線或加載線延伸出縫隙部分的長度對天線的阻抗工作頻帶影響最大，但天線加工的容差得到改善。
　　設(shè)計(jì)了三類天線以對上述分析結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，它們

6、的腔體都是矩形結(jié)構(gòu)，但輻射縫隙分別是圓環(huán)形、邊與腔平行的矩形環(huán)、以及錯角45度的矩形環(huán)。結(jié)果表明，采用圓環(huán)形和錯角45度的矩形環(huán)縫隙時，天線性能最佳，其原因是此時腔頂角到環(huán)縫的最近距離最大。
　　實(shí)際上，角饋提高端口隔離度，也可以說是因?yàn)榻丘佋黾恿硕丝陂g間距的結(jié)果，這在方形微帶雙極化天線上也得到驗(yàn)證。
　　(3)總結(jié)上面分析可知，加載線主要作用在于調(diào)整較佳隔離度的頻帶位置，盡管它同時也影響阻抗帶寬位置，但影響不如對隔離頻帶來

7、得顯著，因此可以實(shí)現(xiàn)兩者頻帶的正對?；蛘哒f，其作用相當(dāng)于在環(huán)形結(jié)構(gòu)的兩個端口間引入一工作頻率可調(diào)的帶阻抗濾波器。也可以說，加載導(dǎo)體帶吸收了縫隙輻射后剩余的電磁能量，從而使其耦合到另一個端口能量降低到最小，達(dá)到端口隔離的目的。從這個角度看，如果加載線終端端接一負(fù)載電阻，當(dāng)可進(jìn)一步增加端口間的隔離，但這可能同時影響天線的輻射效率。
　　(4)由于采用了背腔結(jié)構(gòu)，天線具有一定方向性，但方向性不是很強(qiáng)。這對于室壁掛基站的應(yīng)用是足夠的。由于